Gli scienziati hanno sviluppato un protocollo che può essere utilizzato per connettere sistemi quantistici codificati in modo diverso. Credito:Università di Innsbruck/Harald Ritsch
Il mondo quantistico è fragile; i codici di correzione degli errori sono necessari per proteggere le informazioni memorizzate in un oggetto quantistico dagli effetti di deterioramento del rumore. I fisici quantistici di Innsbruck hanno sviluppato un protocollo per passare le informazioni quantistiche tra gli elementi costitutivi codificati in modo diverso di un futuro computer quantistico, come processori e memorie. Gli scienziati potrebbero utilizzare questo protocollo in futuro per costruire un bus dati per computer quantistici. I ricercatori hanno pubblicato il loro lavoro sulla rivista Comunicazioni sulla natura .
I futuri computer quantistici saranno in grado di risolvere problemi laddove i computer convenzionali falliscono oggi. Siamo ancora lontani da qualsiasi implementazione su larga scala, però, perché i sistemi quantistici sono molto sensibili al rumore ambientale. Sebbene i sistemi possano essere protetti dal rumore in linea di principio, i ricercatori sono stati in grado di costruire sperimentalmente solo piccoli prototipi di computer quantistici.
Un modo per ridurre il tasso di errore è codificare le informazioni quantistiche non in una singola particella quantistica ma in diversi oggetti quantistici. Questi bit o qubit logici quantistici sono più robusti contro il rumore. Negli ultimi anni, i fisici teorici hanno sviluppato un'intera gamma di codici di correzione degli errori e li hanno ottimizzati per compiti specifici. I fisici Hendrik Poulsen Nautrup e Hans Briegel dell'Istituto di fisica teorica dell'Università di Innsbruck e Nicolai Friis, ora all'Istituto di ottica quantistica e informazione quantistica di Vienna, hanno trovato una tecnica per trasferire informazioni quantistiche tra sistemi codificati in modo diverso.
Interfaccia tra processore e memoria
Simile ai computer classici, i futuri computer quantistici potrebbero essere costruiti con componenti diversi. Gli scienziati hanno già costruito sperimentalmente processori quantistici e memorie su piccola scala, e hanno utilizzato diversi protocolli per codificare i qubit logici:ad esempio, per i processori quantistici usano i cosiddetti codici colore e per i codici di superficie delle memorie quantistiche. "Affinché i due sistemi interagiscano l'uno con l'altro in modo quantistico, dobbiamo collegarli, ", afferma il dottorando Hendrik Poulsen Nautrup. "Abbiamo sviluppato un protocollo che ci consente di unire sistemi quantistici codificati in modo diverso". Gli scienziati suggeriscono di modificare localmente elementi specifici dei bit quantistici codificati. Questo processo è anche chiamato chirurgia reticolare, che viene utilizzato per accoppiare sistemi come processori quantistici e memorie. Una volta che i sistemi sono temporaneamente "cuciti" insieme, le informazioni quantistiche possono essere teletrasportate dal processore alla memoria e viceversa. "Simile a un bus dati in un computer convenzionale, gli scienziati possono usare questa tecnica per collegare i componenti di un computer quantistico, " spiega Poulsen Nautrup.
Questo nuovo schema è un altro passo verso la costruzione di un computer quantistico universale e la ricerca per la realizzazione sperimentale è in corso. La ricerca è stata condotta nell'ambito del programma di dottorato Atoms, Leggero, e Molecules offerto presso l'Università di Innsbruck ed è stato finanziato dall'Austrian Science Fund e dalla Templeton World Charity Foundation.